(57)【要約】【課題】ノズルの目詰まりを回避することができるとともに、ノズルからの溶質を溶解させた超臨界流体の噴霧効率を向上することにより、稼働率を向上することのできる新規な超臨界微粒子製造装置の開発を技術課題とした。【解決手段】溶質を溶解させた超臨界流体Ｆを捕集器２内に具えたノズル２０から噴霧して急速に膨張させることにより、溶質を析出させて粉粒体Ｇを得る装置において、反応器１からノズル２０に至る経路内を超臨界環境下とすることができるように、反応器１と捕集器２との間の経路に超臨界流体Ｆを供給するように構成したことを特徴として成り、反応器１と捕集器２との間を結ぶ管路内に超臨界流体Ｆを充満させることにより、この区間において、反応器１から管路に流出した溶質を溶解させた超臨界流体Ｓから溶質が析出してしまうことを回避することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ及び予熱器によって液体を昇圧、昇温して超臨界流体とするとともに、反応器内において前記超臨界流体に溶質を溶解して溶質を溶解させた超臨界流体を得て、更にこの溶質を溶解させた超臨界流体を捕集器内に具えたノズルから噴霧して急速に膨張させることにより、溶質を析出させて粉粒体を得る装置において、前記反応器からノズルに至る経路内を超臨界環境下とすることができるように、前記反応器と捕集器との間の経路に、前記超臨界流体を供給するように構成したことを特徴とする超臨界微粒子製造装置。
【請求項２】
ポンプ及び予熱器によって液体を昇圧、昇温して超臨界流体とするとともに、反応器内において前記超臨界流体に溶質を溶解して溶質を溶解させた超臨界流体を得て、更にこの溶質を溶解させた超臨界流体を捕集器内に具えたノズルから噴霧して急速に膨張させることにより、溶質を析出させて粉粒体を得る装置において、前記ノズルは、複数のオリフィス孔が形成されたものであることを特徴とする超臨界微粒子製造装置。
【請求項３】
前記反応器とノズルとの間には、オリフィス孔の径よりも目の細かいフィルタを具えたことを特徴とする請求項１または２記載の超臨界微粒子製造装置。
【請求項４】
前記管路における予熱器の前段部分には、洗浄用溶剤を供給するための管路を接続したことを特徴とする請求項１、２または３記載の超臨界微粒子製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超臨界流体を利用した微粒子製造技術に関するものであって、簡易且つ効率的な粒子製造を行うことのできる微粒子製造装置に係るものである。
【０００２】
【発明の背景】
物質の相状態は分子の運動エネルギーと分子間力とのバランスによって決まるものであり、分子間力が支配的である場合、物質はある程度秩序を有した液体となり、一方、運動エネルギーが支配的である場合、物質は無秩序な気体となる。つまり物質は、温度、圧力の変化により、気体、液体、固体の三相となるものであり、図３の状態図に示すように、温度、圧力ともに臨界点を超えると気相−液相の境界面は消失し、液体と気体との区別がつかない超臨界流体となる。この超臨界流体の物性は、密度は液体に近く、また粘度や拡散係数は気体に近いものであり、室温で固体である不揮発性物質でも溶解することができ、また液体より速い移動ができるものである。
【０００３】
そして近時このような超臨界流体の物性が着目され、液体溶媒に代わる新たな溶媒として利用する研究がさかんに行われている。具体的には、食品、医薬品、農薬、化学薬品等の粉粒体の製造において、超臨界技術を利用した粒子製造の研究が行われており、その一つにＲＥＳＳ法（Ｒａｐｉｄ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆ  Ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）と呼ばれる方法がある。この方法は、溶質を溶解させた超臨界流体を減圧により急速に膨張させて、溶質（原料）の過飽和溶解状態を作り出して溶質を析出させるものであり、核形成と粒子への成長を均質に行うことができるものである。
【０００４】
そして前記ＲＥＳＳ法を実施するための装置として、図４に示すような超臨界微粒子製造装置Ｄ′が存在する。この装置は、反応器１′内において溶質を溶解させた超臨界溶液Ｓを得て、このものを捕集器２′内に具えたノズル２０′から噴霧することにより、溶質Ｍを微粒子状に析出させて粉粒体Ｇを得る装置である。
【０００５】
しかしながらこのような超臨界微粒子製造装置Ｄ′には、その構造に起因するいくつかの問題点があった。
まず第一の問題として、前記ノズル２０′からの溶質を溶解させた超臨界流体Ｓの噴霧は、反応器１′と捕集器２′との間を結ぶ主管路７′に具えたバルブＶ４′を開放することにより行われているが、バルブＶ４′とノズル２０′との間の区間は、バルブＶ４′の開放前には大気圧状態となっているため、バルブＶ４′を開放してこの区間に流入した溶質を溶解させた超臨界流体Ｓにおいて溶質の析出が起こり、ノズル２０′の目詰まりを生じてしまうことがあった。
【０００６】
また第二の問題として、この種の装置では前記ノズル２０′におけるオリフィス孔２１′の径が小さいほど小径の微粒子が得られるものであるが、オリフィス孔２１′の径を小さくすると必然的に単位時間あたりの噴霧量が減少するため、反応容器１′内の溶質を溶解させた超臨界流体Ｓを全て噴霧するのに長時間を要してしまっている。
更にオリフィス孔２１′が小径であるノズル２０′にあっては、上記バルブＶ４′とノズル２０′との間の区間で析出した溶質が詰まってしまう確率も高くなっている。
【０００７】
更にまた第三の問題として、超臨界微粒子製造装置Ｄ′の停止後に系内は大気圧まで低下するため、反応器１′、捕集器２′及び主管路７′内に残存した溶質を溶解させた超臨界流体Ｓから溶質が析出してしまうことは避けられなかった。
このため従来は、配管にメタノールまたはエタノールを注入して析出された溶質を洗浄除去している。そして洗浄に用いたメタノールまたはエタノールが未乾燥のまま残っている状態で超臨界微粒子製造装置Ｄ′が再稼働されてしまった場合には、メタノールまたはエタノールによって溶質を溶解させた超臨界流体Ｓの温度が低下して、その個所において溶質の析出を招いてしまうため、洗浄後には、配管内を微酸化炭素でパージして常温乾燥または加熱乾燥を行っている。
しかしながらこのような洗浄手法は、配管内の洗浄度が不明であること、管路の分解洗浄の場合は再組立作業に時間を要してしまう手間のかかるものであった。
【０００８】
【解決を試みた技術課題】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、ノズルの目詰まりを回避することができるとともに、ノズルからの溶質を溶解させた超臨界流体の噴霧効率を向上することにより、稼働率を向上することのできる新規な超臨界微粒子製造装置の開発を技術課題としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１記載の超臨界微粒子製造装置は、ポンプ及び予熱器によって液体を昇圧、昇温して超臨界流体とするとともに、反応器内において前記超臨界流体に溶質を溶解して溶質を溶解させた超臨界流体を得て、更にこの溶質を溶解させた超臨界流体を捕集器内に具えたノズルから噴霧して急速に膨張させることにより、溶質を析出させて粉粒体を得る装置において、前記反応器からノズルに至る経路内を超臨界環境下とすることができるように、前記反応器と捕集器との間の経路に、前記超臨界流体を供給するように構成したことを特徴として成るものである。
この発明によれば、反応器と捕集器との間を結ぶ管路内に超臨界流体を充満させることにより、この区間において、反応器から管路に流出した溶質を溶解させた超臨界流体から溶質が析出してしまうことを回避することができる。
【００１０】
また請求項２記載の超臨界微粒子製造装置は、ポンプ及び予熱器によって液体を昇圧、昇温して超臨界流体とするとともに、反応器内において前記超臨界流体に溶質を溶解して溶質を溶解させた超臨界流体を得て、更にこの溶質を溶解させた超臨界流体を捕集器内に具えたノズルから噴霧して急速に膨張させることにより、溶質を析出させて粉粒体を得る装置において、前記ノズルは、複数のオリフィス孔が形成されたものであることを特徴として成るものである。
この発明によれば、単位時間あたりのノズルからの溶質を溶解させた超臨界流体の噴霧量が増大するため、稼働効率を向上することができる。
【００１１】
更にまた請求項３記載の超臨界微粒子製造装置は、前記要件に加え、前記反応器とノズルとの間には、オリフィス孔の径よりも目の細かいフィルタを具えたことを特徴として成るものである。
この発明によれば、反応器から流出した未溶解の原料（溶質）や捕集器の前段で析出してしまった溶質をフィルタによって捕捉するため、オリフィス孔の目詰まりを回避することができる。
【００１２】
更にまた請求項４記載の超臨界微粒子製造装置は、前記要件に加え、前記管路における予熱器の前段部分には、洗浄用溶剤を供給するための管路を接続したことを特徴として成るものである。
この発明によれば、超臨界流体とともに、溶剤を高圧（超臨界圧力）、中温（超臨界温度）として系内を通過させることにより、系内に残存した溶質を確実に除去して乾燥することができる。また管路の分解、再組立を要しないので、洗浄作業を効率的に行うことができる。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の超臨界微粒子製造装置Ｄについて説明すると、このものは、反応器１内において溶質Ｍを超臨界流体Ｆに溶解させて得た溶質を溶解させた超臨界流体Ｓを、捕集器２内に具えたノズル２０から噴霧して急速に膨張させることにより、所望性状の粉粒体Ｇを得る装置である。またこのような超臨界微粒子製造装置Ｄには、前記超臨界流体Ｆを得るための系が具えられるものであり、一例として、ボンベ３内に充填された二酸化炭素をチラーユニット４において冷却し、次いでポンプ５及び予熱器６によって昇圧、昇温することにより、臨界点を超えさせるような構成が採られるものである。なお二酸化炭素は比較的安価で入手することができ、更に臨界圧力が３１．１℃、臨界圧力が７．３８ＭＰａであり、常温、常圧で気体となるため分離操作が容易に行える溶媒である。
【００１４】
以下、前記超臨界微粒子製造装置Ｄを構成する諸部材について詳しく説明する。
まず前記反応器１は、溶質Ｍを溶媒たる超臨界流体Ｆに溶解するために用いられる容器体であり、ＳＵＳ３１６またはＳＵＳ３１６Ｌ等を素材として密閉可能に構成されたものである。この実施の形態では、溶媒として二酸化炭素の超臨界流体Ｆを用いるため、一例として最大圧力２０．０ＭＰａＧ、最大温度１５０℃まで耐え得るように設計した。
またこの反応器１には、前記溶質と溶媒とを攪拌・混合するための攪拌機１０が具えられる。
【００１５】
次に前記捕集器２について説明すると、このものは気密状態を維持できるように形成された筐体内に、溶質を溶解させた超臨界流体Ｓを噴出するためのノズル２０を具えて成るものである。このノズル２０には複数のオリフィス孔２１が形成されるものであり、図２（ａ）に示すものは、三孔のオリフィス孔２１が同方向に指向するように形成されたものである。また図２（ｂ）に示すものは、同方向に指向する三孔のオリフィス孔２１群を二方向に指向させるとともに、これらとは異なる方向に指向する一孔のオリフィス孔２１が形成されたものである。更にまた図２（ｃ）に示すものは、三孔のオリフィス孔２１が指向する方向を全て異ならせて形成されたものである。もちろんこのようなオリフィス孔２１の数や形成個所については、扱う溶質、溶媒に応じて適宜変更し得るものである。
【００１６】
また前記ノズル２０は、一例として筐体の天板部に形成されたノズル挿入口２２に接続される主管路７に接続されるものであり、反応器１とノズル２０との間にはフィルタ２３が設けられる。このフィルタ２３は、オリフィス孔２１が目詰まりしてしまうのを防止することを目的として設置されるものであるため、ノズル２０の直前に設けることが望ましく、オリフィス孔２１の径よりも小さなメッシュを濾体として具えて成るものである。
一方、天板部に形成された排気口２４にもフィルタ２５が具えられるものであり、このフィルタ２５は、捕集器２からの粉粒体Ｇの流出を防止することを目的として設置されるものであるため、粉粒体Ｇの径よりも小さなメッシュを濾体として具えて成るものである。
【００１７】
次に前記ボンベ３について説明すると、このものは液化したガスを保持するための部材であって、口の部分にバルブＶ１を具えて成るものである。この実施の形態では液化した二酸化炭素が充填される。
【００１８】
次に前記チラーユニット４について説明すると、このものは適宜の冷却手段と冷却面とを具えて成るものであり、この冷却面に触れた液体を冷却することによりポンプ５入口部での気泡発生を防止するための機器である。
【００１９】
次に前記ポンプ５について説明すると、このものは液体を昇圧するための部材であり、適宜回転数を制御するためのインバータが具えられて成るものである。
【００２０】
次に前記予熱器６について説明すると、このものは前記チラーユニット４において冷却された液体を昇温するための部材であり、適宜の加熱手段を具えて成るものである。
【００２１】
そして上記諸部材は、ボンベ３、チラーユニット４、ポンプ５、予熱器６、反応器１及び捕集器２の順でＳＵＳ３１６またはＳＵＳ３１６Ｌ等を素材として成る主管路７によって接続されるものである。
すなわちボンベ３内において液体である二酸化炭素は、主管路７に導入され、ポンプ５及び予熱器６の作用によって超臨界流体Ｆとなった状態で反応器１に供給され、更に反応器１内において溶質Ｍを溶解した溶質を溶解させた超臨界流体Ｓとなった状態で捕集器２内に噴霧され、ここで溶質成分を析出して気体となった後、外部に排気されることとなる。
なお反応器１、捕集器２及びこの二つの機器を結ぶ区間の主管路７は、恒温槽８内に配されるものであり、所望の温度に保つことができるように構成されている。またこのような恒温槽８の代わりに適宜のヒータを、反応器１、捕集器２及びこの二つの機器を結ぶ区間の主管路７に巻回するようにしてもよい。
【００２２】
また前記主管路７における各機器の間にはバルブＶ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５が具えられるものであり、個々のバルブＶによって主管路７の開閉が行われる。
更に前記反応器１と捕集器２との間に具えたバルブＶ４の直後部分にはフィルタ７０が具えられるものであり、このフィルタ７０は、反応器１内において超臨界流体Ｆに溶解しきれずに固体のまま反応器１から流出した溶質Ｍを除去する目的で配されるものである。
【００２３】
更に前記主管路７におけるポンプ５の直後部分と、チラーユニット４の直前部分との間にはレリーフ弁７１ａを具えた戻り管路７１が設けられるものであり、この戻り管路７１を通じて昇圧された気体をフィードバックすることにより、粒体の圧力を調整することができるように構成される。
【００２４】
更にまた前記主管路７における予熱器６の直後部分と、捕集器２の直前部分との間には、バルブ７２ａを具えた副管路７２が設けられるものであり、この副管路７２は、前記バルブＶ４からバルブＶ５にかけての範囲に、予熱器６から供給される超臨界流体Ｆを満たすために設けられるものである。
なおこの副管路７２についても、前記反応器１、捕集器２及びこれらの機器を結ぶ主管路７と同様に、恒温槽８内に配するようにすることもできる。
【００２５】
更にまた前記主管路７における予熱器６の前段部分には、バルブ７３ａを具えた洗浄用管路７３が接続されるものであり、この洗浄用管路７３には適宜エタノール等の溶剤を収容するタンクが接続される。更に前記主管路７及び各機器には適宜圧力センサＰまたは温度センサＴが具えられる。
【００２６】
本発明の超臨界微粒子製造装置Ｄは一例として上述のようにして構成されるものであり、以下この装置の作動態様と併せてＲＥＳＳ法による粉粒体Ｇの製造過程について説明を行う。なおこの実施の形態では、溶質Ｍとしてナフタレンを用い、溶媒として二酸化炭素の超臨界流体Ｆを用い、最終的に粒径０．０１ｍｍφ程度の粉粒体Ｇを得る過程について説明を行う。
【００２７】
（１）原料の投入
まず始めに全てのバルブＶを閉じた状態で反応器１に対して溶質Ｍたるナフタレンを投入するものであり、更に必要に応じて助溶媒Ｈとしてメタノールを投入する。なおこの助溶媒Ｈは超臨界流体Ｆと混合したときのみ溶質Ｍの溶解度を上昇させるものであって、溶質Ｍに応じて適切なものが選択される。
【００２８】
（２）超臨界流体の生成
次にバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３を開放するものであり、ボンベ３内において液体であった二酸化炭素は気体となって主管路７に導入され、まずチラーユニット４において冷却されて発泡が防止される。そして二酸化炭素はポンプ５及び予熱器６の作用によって昇圧・昇温されて臨界点を超えるものであり超臨界流体Ｆとなった状態で反応器１に供給される。この実施の形態では、超臨界流体Ｆの圧力が１５ＭＰａＧ、温度が６０℃となるように昇圧、昇温するようにした。
なお気体の圧力の調整は、ポンプ５の後段に具えた圧力センサＰ１によって気体の圧力を監視し、適宜レリーフ弁７１ａの開度を調節して昇圧された気体の一部をチラーユニット４の前段部分にフィードバックすることと、インバータによるポンプ５の回転数制御とにより行われるものである。
【００２９】
（３）溶質を溶解させた超臨界流体の生成
そして反応器１には順次超臨界流体Ｆが供給されるものであり、反応器１内の圧力が所定の値に達したことを圧力センサＰ２によって検知した時点でバルブＶ３を閉鎖する。このとき反応器１は恒温槽８内にあるため一定温度（６０℃）に保たれるものであり、超臨界流体Ｆに対して溶質Ｍ（ナフタレン）が溶解し、溶質を溶解させた超臨界流体Ｓが生成される。なおこのとき適宜攪拌機１０を起動して溶解の促進を図るものである。
【００３０】
（４）主管路内への超臨界流体の充填
そして溶質Ｍの溶解が進行している間に、あるいは溶質Ｍの溶解が完了した時点でバルブ７２ａを開放し、バルブＶ４からノズル２０までの区間に超臨界流体Ｆを充填する。
【００３１】
（５）粉粒体の生成
次いでバルブＶ４を開放すると同時にバルブ７２ａを閉鎖するものであり、このときバルブＶ４からノズル２０までの区間には超臨界流体Ｆが充満しているため、溶質を溶解させた超臨界流体Ｓは急速に膨張することがなく、溶質たるナフタレンの析出は起こらない。
このとき、捕集器２内は大気圧まで減圧されているので、反応器１と捕集器２との間を結ぶ主管路７内にあった溶質を溶解させた超臨界流体Ｓがノズル２０から噴霧されて捕集器２内において急速に膨張し、溶質たるナフタレンが析出され、やがて所望性状の粉粒体Ｇが得られるものである。
またこのとき、反応器１内において未溶解のナフタレンがあった場合には、このものはフィルタ７０によって捕捉され、更に細かいものはフィルタ２３によって捕捉されるため、ノズル２０のオリフィス孔２１の目詰まりを回避することができる。
一方、溶質の析出ととともに気体となった二酸化炭素は、気化した助溶媒Ｈとともに外部に排気されることとなる。
なお本発明によれば、前記ノズル２０には複数のオリフィス孔２１が形成されているため、単位時間当たりの噴霧量が多く、反応器１内にあった溶質を溶解させた超臨界流体Ｓの噴霧すなわち粉粒体Ｇの製造を短時間で行うことができるものである。
【００３２】
（６）メンテナンス
このような一連の粉粒体Ｇの製造が終了した時点で、反応器１、捕集器２及び主管路７内並びにバルブＶ４、フィルタ２３等に溶質を溶解させた超臨界流体Ｓが付着して残存てしまうことは避けられない。そしてこのように系内に残存した溶質を溶解させた超臨界流体Ｓは、系内が大気圧まで低下するため、溶質たるナフタレンが析出して反応器１、捕集器２及び主管路７内並びにバルブＶ４、フィルタ２３、ノズル２０等に異物として付着してしまう。
そこで超臨界流体Ｆと洗浄用溶剤とを、前記溶質が付着する個所に送り込むものであり、まず始めにバルブ７２ａを閉鎖し、バルブＶ３及びバルブＶ４を開放した状態で、適宜バルブＶ２及びバルブ７３ａの開度を調節して昇圧された溶媒と洗浄用溶剤との混合物を予熱器６に供給する。この実施の形態では超臨界流体Ｆとして二酸化炭素を、洗浄用溶剤としてエタノールを用いるものであり、二酸化炭素は予熱器６によって昇温されて超臨界流体Ｆとなり、一方、エタノールも超臨界流体Ｆと同じ高圧、中温となり、これらが反応器１、フィルタ７０、フィルタ２３、ノズル２０及び主管路７を通過する際に、残存していた溶質を溶解して除去するものである。続いてバルブＶ３及びバルブＶ４を閉鎖し、バルブ７２ａを開放することにより、副管路７２内も洗浄する。なお副管路７２内の洗浄中に、反応器１を交換することができるものである。
【００３３】
【他の実施の形態】
本発明は上述した実施の形態を基本となる実施の形態とするものであるが、本発明の技術的思想に基づいて以下に示すような実施の形態を採ることも可能である。
まず上述した基本となる実施の形態では、溶媒として二酸化炭素の超臨界流体Ｆを用いたが、この他にも、メタノール、水等の超臨界流体Ｆを溶媒として用いることができる。
【００３４】
また上述した基本となる実施の形態では、予熱器６の直後部分と、捕集器２の直前部分との間に副管路７２を設け、予熱器６と反応器１との間の主管路７を分岐するような形態を採ることにより、反応器１からノズル２０に至る経路内に超臨界流体Ｆを供給するようにしたが、別途設けたボンベ３、チラーユニット４、ポンプ５及び予熱器６により、反応器１からノズル２０に至る経路内に超臨界流体Ｆを供給するようにすることもできる。
【００３５】
更にまた上述した基本となる実施の形態では、バルブ７３ａを具えた洗浄用管路７３を、主管路７における予熱器６の前段部分に接続したが、洗浄用管路７３を予熱器６の後段部分に接続するようにしてもよい。この場合には超臨界流体Ｆとなった二酸化炭素と洗浄用溶剤とが主管路７において混合されることとなる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズル２０の目詰まりを回避することができるとともに、ノズル２０からの溶質を溶解させた超臨界流体Ｓの噴霧効率を向上することにより、超臨界微粒子製造装置Ｄの稼働率を向上し、粉粒体Ｇの生産効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超臨界微粒子製造装置を示すブロック図である。
【図２】ノズルを示す縦断側面図である。
【図３】圧力及び温度を変化させたときの二酸化炭素の状態を示すグラフである。
【図４】既存の超臨界微粒子製造装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｄ      超臨界微粒子製造装置
１      反応器
１０    攪拌器
２      捕集器
２０    ノズル
２１    オリフィス孔
２２    ノズル挿入口
２３    フィルタ
２４    排気口
２５    フィルタ
３      ボンベ
４      チラーユニット
５      ポンプ
６      予熱器
７      主管路
７０    フィルタ
７１    戻り管路
７１ａ  レリーフ弁
７２    副管路
７２ａ  バルブ
７３    洗浄用管路
７３ａ  バルブ
８      恒温槽
Ｆ      超臨界流体
Ｇ      粉粒体
Ｈ      助溶媒
Ｍ      溶質
Ｐ      圧力センサ
Ｐ１    圧力センサ
Ｐ２    圧力センサ
Ｓ      溶質を溶解させた超臨界流体
Ｔ      温度センサ
Ｖ      バルブ
【図１】
2005007293.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005007293.tif 000005
【図４】
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